JP5397291B2

JP5397291B2 - ターボ過給機付きエンジンの始動制御装置

Info

Publication number: JP5397291B2
Application number: JP2010080414A
Authority: JP
Inventors: 匡宏名越; 雅之鐵野; 耕太前川; 崇波多野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011214419A

Description

ここに開示する技術は、ターボ過給機付きエンジンの始動制御装置に関し、特に自動停止したエンジンの始動時の制御に係る。

例えば特許文献１には、ターボ過給機付きエンジンの制御装置が記載されている。この制御装置は、車両の発進時に、過給機の回転上昇遅れに起因してエンジンの背圧が高まり、エンジンのポンピングロスが大きくなる結果、車両の発進性が悪化してしまうことを解消すべく、エンジンの排気通路上のタービンをバイパスするバイパス路上に介設したウエストゲートバルブを、車両の発進時に、所定期間だけ全開にしている。つまり、この制御装置では、エンジンの低回転域では排気抵抗となり得るタービンをバイパスすることによってエンジンの背圧を低下させ、それによってエンジンのポンピングロスの低減及びそれに伴う車両の発進性の向上を図るようにしている。

また、ターボ過給機の構成として、高出力化を図る観点から、相対的に小型のターボ過給機と相対的に大型のターボ過給機との２個のターボ過給機を直列に配置する構成（いわゆる、２ステージターボ構成）が知られている。この２ステージターボ構成では、エンジンの排気通路上に大小２つのタービンが直列に配設されることになると共に、その各々のタービンをバイパスするように２つのバイパス路が設けられて、各々のバイパス路上にレギュレートバルブ（小型タービンのバイパス路上）及びウエストゲートバルブ（大型タービンのバイパス路上）が介設されることになる。

特開平８−１７０５４１号公報

ところで、燃費の低減やＣＯ_２の排出抑制等を目的として、例えば車両の一時停止中に所定の停止条件が成立すればエンジンを自動停止させると共に、所定の始動条件が成立すればエンジンを再始動させる、いわゆるアイドルストップシステムが知られている。そこで、前述したターボ過給機付きエンジンに、こうしたアイドルストップシステムを適用することが考えられる。

ここで、エンジンの始動条件としては、例えば運転者がアクセル操作等をすることにより成立する、車両の発進要求を伴った始動条件と、例えばバッテリの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）が低下したり、空調装置のコンプレッサの作動が必要になった等の、発進要求はないものの車両側の要求によって成立する、発進要求を伴わない始動条件と、の大別して２種類が存在する。

この内、車両の発進要求を伴わない始動条件が成立した場合は、エンジンの始動を短時間で完了させた上で、その始動完了後に、運転者のアクセル操作等に起因する発進要求が行われることに備えて待機しておくことが望ましい。これに対し、発進要求を伴った始動条件が成立した場合は、エンジンの始動を短時間で完了させることは勿論のこと、その始動完了後、即座に車両の発進及び加速を行わなければならないが、その際の発進加速性能を高める観点からはターボ過給が早期に開始されることが望ましい。このように始動条件の成立時にエンジンの始動を行う際には、発進要求の有無に応じて要求が異なるのである。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ターボ過給機付きエンジンの再始動制御に関し、始動条件の成立時に、発進要求の有無に応じて始動制御を最適化することにある。

ここに開示する技術は、排気通路上に直列に配置された第１及び第２タービンを含む第１及び第２のターボ過給機を備えた、いわゆる２ステージターボ構成のターボ過給機付きエンジンの始動制御装置を前提として、発進要求を伴う始動条件の成立時と、発進要求を伴わない始動条件の成立時とで、前記第１及び第２タービンをバイパスする第１及び第２のバイパス路のバルブ制御を異ならせることにした。

つまり、車両の発進要求を伴う始動条件が成立したときには、エンジンの始動完了後にはターボ過給を早期に開始して発進加速性能を向上させる観点から、排気通路上の相対的に上流側に配置された第１タービンの背圧を下げてその前後の差圧を大きくし、それによって、第１及び第２タービンの内、第１タービンの回転数を０（ゼロ）回転から速やかに上昇させる。そのために、エンジンの始動条件の成立後に第１タービンをバイパスする第１バイパス路上の第１バルブは閉じる一方で、第２タービンをバイパスする第２バイパス路上の第２バルブは開けておくバルブ制御を実行する。

一方、車両の発進要求を伴わない始動条件が成立したときには、ターボ過給を早期に開始したいという要求はない一方で、エンジン始動完了後に発進が要求されたときに速やかに対応する必要があることから、第１及び第２タービンの双方を回転させた状態で待機しておく。そのために、エンジンの始動条件の成立後に第１及び第２バルブを共に閉じるバルブ制御を実行する。

具体的に、ここに開示するターボ過給機付きエンジンの始動制御装置は、車両に搭載されたエンジンと、前記エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記エンジンの排気通路上の、相対的に上流側に配置された第１タービンを含む第１のターボ過給機と、相対的に下流側に配置された第２タービンを含む第２のターボ過給機と、前記第１タービンをバイパスする第１バイパス路上に介設された、ノーマルオープンの第１バルブと、前記第２タービンをバイパスする第２バイパス路上に介設された、ノーマルオープンの第２バルブと、所定の停止条件が成立したときに前記エンジンを停止すると共に、所定の始動条件が成立したときには、前記燃料噴射弁を通じて前記燃焼室内に供給した燃料を燃焼させる所定の始動制御を実行して前記エンジンを始動させる始動制御手段と、を備える。

そして、前記始動制御手段は、前記車両の発進要求を伴う始動条件が成立したときには、前記始動制御の実行と共に、前記始動条件の成立後に前記第１バルブを閉じると共に、前記エンジンの始動が完了して所定時間が経過した時点で前記第２バルブを閉じる第１のバルブ制御を実行する一方、前記車両の発進要求を伴わない始動条件が成立したときには、前記始動制御の実行と共に、前記始動条件の成立後に前記第１及び第２バルブを共に閉じる第２のバルブ制御を実行する。

ここで、第１バルブ及び第２バルブはそれぞれ、その開度を調整可能なバルブとすればよく、ここでいう「バルブを閉じる」ことには、バルブを全閉にすることの他、バルブの開度を、閉じ側の所定開度にすることを含み得る。

この構成によると、車両の発進要求を伴った始動条件の成立時には、エンジンの燃焼室内に燃料を供給しかつ燃焼させることでエンジンを始動させる始動制御を実行する。そして、この始動制御と共に、エンジンの排気通路上の相対的に上流側に配置された第１タービンをバイパスする第１バイパス路上の第１バルブを閉じる。第１バルブは、エンジンの始動制御の開始時に閉じる、又は、エンジンの始動完了後に閉じるようにしてもよい。一方で、相対的下流側に配置された第２タービンをバイパスする第２バイパス路上の第２バルブは、エンジンの始動が完了して所定時間が経過した時点で閉じる。つまり、始動条件の成立後、エンジンの始動が完了して所定時間が経過するまでの過渡期間においては、第１バルブが閉じかつ第２バルブが開いた状態になり得る。この状態は、第１タービン下流側の第２タービンをバイパスし得る状態であるから、第１タービンの背圧を低下させ、第１タービンの前後差圧を大きくする。このことは、エンジンの始動に伴い第１タービンの回転数を０回転から速やかに上昇させ、エンジンの始動完了後においては、第１のターボ過給機による過給を早期に開始する上で有利になる。つまり、発進加速性能を高め得る。

一方、車両の発進要求を伴わない始動条件の成立時には、前記の始動制御の実行と共に、第１バイパス路上の第１バルブ及び第２バイパス路上の第２バルブをそれぞれ閉じる。ここで、第１及び第２バルブを閉じるタイミングは、前記始動条件の成立後において適宜設定すればよく、例えば始動条件の成立直後（つまり、エンジンの始動制御の開始時）としてもよいし、エンジンの始動完了の直後としてもよい。第１及び第２バルブを閉じることによって、停止していた第１及び第２タービンのそれぞれが、エンジンの始動に伴い回転を開始し得るようになるから、エンジンの始動完了後には、第１及び第２タービンのそれぞれを回転している状態で待機させ得る。このことは、エンジンの始動完了後に発進要求がなされたときに、その発進要求に速やかに対応する上で有利になる。

前記第１バルブは、前記エンジンが低回転域のときに閉じる一方、それ以外の領域では開けるように構成されている、としてもよい。ここで、「バルブを開ける」には、バルブを全開にすることの他、バルブの開度を開き側の所定開度にすることを含む。

つまり第１のターボ過給機は、主にエンジンが低回転域のときに過給を行う、相対的に小型のターボ過給機としてもよい。つまり、エンジンの低回転域では第１バルブを閉じて、小型のターボ過給機を駆動させることで立ち上がり特性を良好にする一方で、エンジンが中回転乃至高回転域にあるときには第１バルブを開けて第１タービンをバイパスすることにより、排気抵抗を低減し得る。この構成はまた、第１タービンが小型かつ低イナーシャになり得ることから、前述したように、発進要求を伴うエンジンの始動条件成立時に第１タービンの回転数を０回転から速やかに高める上でより一層有利になる。

前記エンジンはディーゼルエンジンであり、前記始動制御手段は、前記車両の発進要求を伴う始動条件が成立したときには、圧縮上死点付近で燃料を噴射する主噴射に続いて、膨張行程時に燃料を噴射する後噴射を行うポスト噴射制御をさらに実行する、としてもよい。

膨張行程時に後噴射を行うことは、排気エネルギを増大させて第１タービンの回転数を速やかに高める上で有利になり得る。つまり車両の発進要求を伴う始動条件の成立時には、前述した第１バルブ制御に、ポスト噴射制御を組み合わせることによって、第１のターボ過給機による過給を早期に開始すると共に、十分な過給圧を確保して、発進加速性能をより一層高め得る。

以上説明したように、前記のターボ過給機付きエンジンの始動制御装置によると、車両の発進要求を伴った始動条件の成立時には、エンジンの始動制御と共に、始動条件の成立後、エンジンの始動が完了して所定時間が経過するまでの過渡期間において、第１バルブを閉じかつ第２バルブを開いた状態にすることで、第１タービンの前後差圧を大きくして、第１タービンの回転数を０回転から速やかに高め得る。その結果、第１のターボ過給機による過給を早期に開始して、エンジンの始動完了直後の発進加速性能を高め得る。一方、車両の発進要求を伴わない始動条件の成立時には、エンジンの始動制御の実行と共に、第１及び第２バルブを共に閉じることで、エンジンの始動完了後に、第１及び第２タービンの双方を回転している状態で待機させ得るため、エンジンの始動完了後になされる発進要求に速やかに対応する上で有利になる。

ターボ過給機付きディーゼルエンジンの構成を示す概略図である。ディーゼルエンジンの制御装置に係るブロック図である。小型及び大型ターボ過給機の作動マップの一例である。ＰＣＭが実行するエンジンの始動制御に係るフローチャートである。一実施形態に係る、（Ａ）発進要求再始動実行フラグ、（Ｂ）エンジン回転数、（Ｃ）完爆フラグ、（Ｄ）ポスト噴射実行フラグ、（Ｅ）レギュレートバルブ開度、（Ｆ）ウエストゲートバルブ開度、（Ｇ）小型タービン回転数、及び（Ｈ）大型タービン回転数の変化の一例を示すタイムチャートである。

以下、ターボ過給機付きエンジンの始動制御装置を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１，２は、実施形態に係る制御装置を採用したエンジン１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されたディーゼルエンジンであって、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。このエンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１４の頂面には深皿形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。このピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランクシャフト１５と連結されている。シリンダブロック１１には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１が配設されている。

前記シリンダヘッド１２には、各気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されているとともに、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。これら吸排気弁２１，２２をそれぞれ駆動する動弁系において、排気弁側には、当該排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＭ（Variable Valve Motion）と称する）が設けられている。このＶＶＭ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を１つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されており、第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。ＶＶＭ７１の通常モードと特殊モードとの切り替えは、エンジン駆動の油圧ポンプ（図示省略）から供給される油圧によって行われ、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用され得る。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。

また、前記シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。前記インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されていて、圧縮行程上死点付近で燃焼室１４ａに燃料を直接噴射供給するようになっている。

前記エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、前記エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１１ａ毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。また、サージタンク３３には、燃焼室１４ａに供給される空気の圧力を検出する過給圧センサＳＷ２が配設されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、上流側から順に、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ３と、詳しくは後述する大型及び小型ターボ過給機６１，６２のコンプレッサ６１ａ，６２ａと、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気の温度を検出する過給空気温度センサＳＷ４と、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、前記各気筒１１ａの燃焼室１４ａへの吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。このスロットル弁３６は、基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。

前記排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。

この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、小型ターボ過給機６２のタービン６２ｂ、大型ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。

この排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａ及びフィルタ４１ｂは１つのケース内に収容されている。前記酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成する反応を促すものである。この酸化触媒４１ａが触媒を構成する。また、前記フィルタ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。尚、フィルタ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。また、酸化触媒４１ａとフィルタ４１ｂの間には、酸化触媒４１ａを通過した排気ガスの温度を検出する排気温センサＳＷ５が配設されている。

前記吸気通路３０における前記サージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型コンプレッサ６２ａよりも下流側部分）と、前記排気通路４０における前記排気マニホールドと小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂとの間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりも上流側部分）とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５０によって接続されている。この排気ガス還流通路５０は、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための排気ガス還流弁５１ａ及び排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。このクーラバイパス通路５３には、クーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのクーラバイパス弁５３ａが配設されている。

さらに、図２に示すように、エンジン１には、クランクシャフト１５の回転角を検出する２つのクランク角センサＳＷ６，ＳＷ７が設けられている。一方のクランク角センサＳＷ６から出力される検出信号に基づいてエンジン回転数（回転速度）が検出されると共に、両クランク角センサＳＷ６，ＳＷ７から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランク角位置が検出されるようになっている。また、エンジン１には、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ８と、車両のブレーキペダル（図示省略）の操作を検出するブレーキペダルセンサＳＷ９と、車両のクラッチペダル（図示省略）の操作を検出するクラッチペダルセンサＳＷ１０及び車両のシフトレバー（図示省略）の操作を検出するシフトレバーセンサＳＷ１１（手動変速機の場合）と、車両の速度を検出する車速センサＳＷ１２とが設けられている。

ここで、大型ターボ過給機６１及び小型ターボ過給機６２の構成について詳しく説明する。

大型ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設された大型コンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設された大型タービン６１ｂとを有している。大型コンプレッサ６１ａは、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３５との間（詳しくは、吸気温度センサＳＷ３と過給空気温度センサＳＷ４との間）に配設されている。一方、大型タービン６１ｂは、排気通路４０における排気マニホールドと酸化触媒４１ａとの間に配設されている。

小型ターボ過給機６２は、吸気通路３０に配設された小型コンプレッサ６２ａと、排気通路４０に配設された小型タービン６２ｂとを有している。小型コンプレッサ６２ａは、吸気通路３０における大型コンプレッサ６１ａの下流側に配設されている。一方、小型タービン６２ｂは、排気通路４０における大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。

すなわち、吸気通路３０においては、上流側から順に大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとが直列に配設され、排気通路４０においては、上流側から順に小型タービン６２ｂと大型タービン６１ｂとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された前記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。尚、吸気通路３０における大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとの間には、大型コンプレッサ６１ａで過給された吸気の圧力を検出する中間圧センサＳＷ１３が設けられている。

小型ターボ過給機６２は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機６１は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂの方が小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりもイナーシャが大きい。

そして、吸気通路３０には、小型コンプレッサ６２ａをバイパスする小型吸気バイパス通路６３が接続されている。この小型吸気バイパス通路６３には、該小型吸気バイパス通路６３へ流れる空気量を調整するための小型吸気バイパス弁６３ａが配設されている。この小型吸気バイパス弁６３ａは、無通電時には全閉状態（ノーマルクローズ）となるように構成されている。

一方、排気通路４０には、小型タービン６２ｂをバイパスする小型排気バイパス通路６４と、大型タービン６１ｂをバイパスする大型排気バイパス通路６５とが接続されている。小型排気バイパス通路６４には、該小型排気バイパス通路６４へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６４ａが配設され、大型排気バイパス通路６５には、該大型排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ６５ａが配設されている。レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａは共に、無通電時には全開状態（ノーマルオープン）となるように構成されている。

小型ターボ過給機６２が第１のターボ過給機を、大型ターボ過給機６１が第２のターボ過給機を、小型排気バイパス通路６４が第１バイパス路を、大型排気バイパス通路６５が第２バイパス路を、レギュレートバルブ６４ａが第１バルブを、ウエストゲートバルブ６５ａが第２バルブを、それぞれ構成する。

これら大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２は、それらが配設された吸気通路３０及び排気通路４０の部分も含めて、一体的にユニット化されて、過給機ユニット６０を構成している。この過給機ユニット６０は、エンジン１に取り付けられている。そして、過給機ユニット６０の吸気通路３０の出口は、インタークーラ３５の上流端と、ゴムホース３０ａを介して接続されている。つまり、インタークーラ３５は、車体に取り付けられており、エンジン１に取り付けられた過給機ユニット６０とは異なる振動が生じる。そこで、過給機ユニット６０とインタークーラ３５との異なる振動が互いに影響し合わないように、それぞれの振動をゴムホース３０ａで吸収するようにしている。同様の理由から、インタークーラ３５の下流端と、吸気通路３０のスロットル弁３６の上流部分とも、ゴムホース３０ｂを介して接続されている。

このように構成されたターボ過給機付きのエンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御装置を構成する。ＰＣＭ１０は、図２に示すように、前記センサＳＷ１〜ＳＷ１３の検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ１８、動弁系のＶＶＭ７１、各種の弁のアクチュエータへ制御信号を出力する。また、ＰＣＭ１０は、エンジン１の始動時に、インジェクタ１８やスタータモータ７２へ制御信号を出力すると共に、必要に応じてグロープラグ１９へも制御信号を出力する。さらに、ＰＣＭ１０は、タイミングベルト等によりクランクシャフト１５に連結されたオルタネータに内蔵されたレギュレータ回路７３に制御信号を出力することによって、車両の電気負荷及び車両バッテリの電圧等に対応した発電量の制御を実行する。

また、ＰＣＭ１０は、エンジンの運転状態において大型及び小型ターボ過給機６１，６２の動作を制御している。具体的には、ＰＣＭ１０は、小型吸気バイパス弁６３ａ、レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａの各開度をエンジン１の運転状態に応じて設定した開度にそれぞれ制御する。

詳しくは、ＰＣＭ１０は、図３に示す、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとするマップにおける低負荷かつ低回転側の領域Ａ（エンジン負荷が所定負荷（エンジン回転数が大きいほど小さくなる）以下の領域）では、小型吸気バイパス弁６３ａ及びレギュレートバルブ６４ａを全開以外の開度とし、ウエストゲートバルブ６５ａを全閉状態とすることによって、大型及び小型ターボ過給機６１，６２の両方を作動させる。一方、高負荷かつ高回転側の領域Ｂ（エンジン負荷が前記所定負荷よりも大きい領域）では、小型ターボ過給機６２が排気抵抗になるため、小型吸気バイパス弁６３ａ及びレギュレートバルブ６４ａを全開状態とし、ウエストゲートバルブ６５ａを全閉状態に近い開度にすることによって、小型ターボ過給機６２をバイパスさせて大型ターボ過給機６１のみを作動させる。尚、ウエストゲートバルブ６５ａ、過回転を防止するために少し開き気味に設定している。

本実施形態では、ＰＣＭ１０は、燃費の低減やＣＯ_２の排出抑制等を目的として、所定の自動停止条件が成立したときにエンジン１を自動停止させると共に、その後、所定の再始動条件が成立したときにエンジン１を再始動させるように、いわゆるアイドルストップ制御を行う。

具体的には、ＰＣＭ１０は、自動停止条件が成立すると、インジェクタ１８による燃料の噴射を停止させる。例えば、水温センサＳＷ１によって検出されるエンジン冷却水の温度が所定温度以上でありかつ、ブレーキペダルセンサＳＷ９の検出信号に基づいて判定されるブレーキペダルの踏み込み操作が所定時間継続すると共に、車速センサＳＷ１２の検出信号に基づいて判定される車速が予め設定した微低速（例えば、時速２〜５ｋｍ）以下となって車両が実質、停止していることを、自動停止条件とすることができる。この自動停止の際には、スロットル弁３６の開閉制御、及び、レギュレータ回路７３を通じたオルタネータ制御を併せて行うことにより、エンジン１の再始動に適したピストン位置でエンジン１を停止させるようにする。

その後、再始動条件が成立すると、ＰＣＭ１０は、各気筒１１ａへの燃料供給を開始すると共に、スタータモータ７２の駆動によりエンジン１にアシストトルクを付与して、前記燃焼によりエンジン１を再始動させる（始動制御手段）。このように、このエンジン１は、アシストトルクを付与するものの、基本的には燃焼によって再始動を行うため再始動時間が極めて短いという特徴がある。例えば、車両バッテリの残容量が少なくなって充電が必要になったこと、空調装置のコンプレッサの作動が必要になったこと、又はアクセル開度センサＳＷ８若しくはクラッチペダルセンサＳＷ１０からの検出信号に基づいて乗員によるアクセル操作若しくはクラッチ操作が検出されたこと等を、再始動条件とすることができる。この内、車両バッテリの残容量が少なくなって充電が必要になったことや、空調装置のコンプレッサの作動が必要になったことは、発進要求を伴わない始動条件ということができ、逆に、アクセル操作若しくはクラッチ操作が検出されたことは、発進要求を伴う始動条件ということができる。

このエンジン１の再始動に際し、ＰＣＭ１０は、発進要求を伴う始動条件の成立時と、発進要求を伴わない始動条件の成立時とで、前述したレギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａのバルブ制御を異ならせている。以下に、ＰＣＭ１０による、エンジン１の再始動に係る制御について、図４のフローチャート及び図５のタイムチャートを参照しながら説明する。ここで、図４のフロー中の各ステップの順番は、説明の便宜上のものであり、その順番を適宜入れ替えたり、また、各ステップの実行を時間的に並列に行ったりすることは勿論可能である。

まず、図４のフローのステップＳＴ１において、エンジン１の再始動条件が成立したか否かを判定する。再始動条件としては、前述したように、発進要求を伴う再始動条件と、発進要求を伴わない再始動条件と、が含まれる。ステップＳＴ１で再始動条件が成立していないとき（ＮＯのとき）には、このステップＳＴ１を繰り返し、再始動条件が成立したとき（ＹＥＳのとき）には、ステップＳＴ２に移行する。

ステップＳＴ２では、再始動制御の実行を開始する。つまり、各気筒１１ａへの燃料供給を開始する。この燃焼始動によって、図５（Ｂ）に示すように、エンジン回転数は、変動しながら次第に高まることになる。続くステップＳＴ３では、発進要求が有るか否かを判定し、発進要求が有るとき（ＹＥＳのとき）にはステップＳＴ４に移行する一方、発進要求がないとき（ＮＯのとき）にはステップＳＴ９に移行する。ここで、図５（Ａ）に示すように、発進要求が有るときには発進要求再始動実行フラグがＯＮになる（実線参照）。

発進要求が有るときのステップＳＴ４では、圧縮上死点付近で燃料を噴射する主噴射に続いて、膨張行程時に燃料を噴射する後噴射を行うポスト噴射制御を実行する（図５（Ｄ）の図の実線も参照）。従って、ポスト噴射制御は、エンジン１の始動条件が成立し、エンジン１の始動制御の開始と共に、開始されることになる。ポスト噴射制御によって、エンジン回転数を高めることなく、後述するように排気エネルギを高める。続くステップＳＴ５では、レギュレートバルブ６４ａに通電して、これを閉じる（図５（Ｅ）の図の実線を参照）。これによって、レギュレートバルブ６４ａは、始動条件の成立直後に閉じられるが、このタイミングはスタータモータ７２の駆動中であることを考慮して、レギュレートバルブ６４ａを、例えば、後述するエンジン１の始動完了後に閉じるようにしてもよい。ここで、レギュレートバルブ６４ａは全閉乃至閉じ側の所定開度にすればよい。一方、ウエストゲートバルブ６５ａには通電を行わず、全開の状態のまま（ノーマルオープン）にする（図５（Ｆ）の実線を参照）。こうしてレギュレートバルブ６４ａを閉じかつ、ウエストゲートバルブ６５ａを開く第１のバルブ制御の実施によって、大型タービン６１ｂがバイパスされ得るため、小型タービン６２ｂの背圧が低下し、この小型タービン６２ｂの背圧の前後差圧が大きくなる。このことは、図５（Ｇ）に実線で例示するように、小型タービン６２ｂの回転数を０回転から速やかに高めることになる。尚、図５（Ｇ）の破線は、後述するように、第１のバルブ制御を実施しない場合の、小型タービン６２ｂの回転数の変化の一例である。一方、前述のように、大型タービン６１ｂは、バイパスされ得るため、図５（Ｈ）に示すように、大型タービン６１ｂの回転数の上昇は緩慢になる。

そうして、ステップＳＴ６でエンジン１の再始動の完了後（換言すれば完爆後）、所定時間が経過したか否かを判定する。尚、完爆判定は、例えばエンジン回転数に基づいて行ってもよく、エンジン１の完爆後は、完爆フラグがＯＮになる（図５（Ｃ）参照）一方、発進要求再始動フラグがＯＦＦになる（図５（Ａ）参照）。

完爆後、所定時間が経過していないとき（ＮＯのとき）には、ステップＳＴ６を繰り返す。一方、所定時間が経過したとき（ＹＥＳのとき）には、ステップＳＴ７に移行する。ここでステップＳＴ６は、エンジン１の完爆後で、小型タービン６２ｂの回転数が所定回転数以上となって小型タービン６２ｂの回転が安定状態になったかを判定するためステップである。そのため、前記の「所定時間」は、小型タービン６２ｂの回転が安定状態となり得る程度の時間として、例えば実験等を通じて予め設定しておけばよい。尚、ここでは完爆後の経過時間に基づいて、小型タービン６２ｂの回転安定を判定しているが、小型タービン６２ｂの回転安定を判定し得るパラメータであれば、時間に限定されず、適宜のパラメータを採用し得る。

完爆後、所定時間が経過して、小型タービン６２ｂの回転が安定したステップＳＴ７では、ポスト噴射制御を終了する（図５（Ｄ）の実線を参照）と共に、続くステップＳＴ８で、ウエストゲートバルブ６５ａに通電をして、これを閉じる（つまり、全閉乃至閉じ側の所定開度にする。図５（Ｆ）の実線も参照）。こうして、発進要求を伴う始動条件が成立した場合の、エンジン１の始動制御が全て完了する。この場合は、図５（Ｇ）に実線で示すように、小型タービン６２ｂの回転数が早期に高まることから小型ターボ過給機６２による過給が、エンジン１の始動完了後の発進加速に際し早期に開始される。それと共に、小型タービン６２ｂの回転が安定するまで、前記のポスト噴射等を継続することによって、十分な過給圧を確保して、エンジン１の再始動後の発進加速性能が高まり得る。

一方、前記ステップＳＴ３で、発進要求がないとして移行したステップＳＴ９では、前述したステップＳＴ４のポスト噴射制御を行わない（図５（Ｄ）の破線参照）。また、ステップＳＴ５のレギュレートバルブ６４ａの閉じ制御も行わない（図５（Ｅ）の破線参照）。そうしてエンジン１の再始動が完了した後に、レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａをそれぞれ閉じる第２のバルブ制御を実行する。この閉じタイミングには、エンジン１の始動制御の開始から完爆までの間のスタータモータ７２の駆動に伴う突入電流の発生時には、それ以外の制御を極力行わないという意味がある。尚、前述したように、このエンジン１は、再始動は基本的に燃焼によって行われ、スタータモータ７２は補助的に用いられるのみであるから、エンジン１の再始動条件が成立した直後にレギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａをそれぞれ閉じてもよい。また、レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａはそれぞれ全閉乃至閉じ側の所定開度にする（図５（Ｅ）及び（Ｆ）の破線参照）。

こうして、発進要求を伴わないエンジン１の再始動時には、図５（Ｇ）及び（Ｈ）に破線で示すように、小型タービン６２ｂ及び大型タービン６１ｂの回転数が共に、徐々に上昇するようになり、エンジン１の完爆後には所定の回転状態となって、その後に起こり得る発進要求に備えることが可能になる。

このように前記の構成では、発進要求を伴うエンジン１の始動条件が成立したときには、そのエンジン１の始動制御の開始から、完爆後所定時間が経過するまでの過渡期間において、レギュレートバルブ６４ａを閉じる一方で、ウエストゲートバルブ６５ａを開ける状態にすることで、この過渡期間中の小型タービン６２ｂの前後差圧を大きくし得る。このことは、図５（Ｇ）に実線で示すように、小型タービン６２ｂの回転数を、０回転から速やかに上昇させることを可能にする。その結果、小型ターボ過給機６２による過給を、エンジン１の始動完了後に早期に開始することが可能になり、発進要求を伴う始動条件の成立時のように、エンジン１の始動完了後、即座に発進及び加速を行う状況において、その発進加速性能が向上し得る。この場合において、小型タービン６２ｂは、相対的にイナーシャが小さいため０回転から回転数を上昇させる上では有利である。

またその際に、ポスト噴射制御を組み合わせることによって、排気エネルギの増大により、小型タービン６２ｂの回転数をより一層速やかに高め得る。

また、ウエストゲートバルブ６５ａを、エンジン１の完爆後、所定時間が経過するまで開けた状態にすると共に、前記のポスト噴射制御もまた、エンジン１の完爆後、所定時間が経過するまで継続することによって、小型タービン６２ｂの回転数を安定回転にまで早期に到達させることが可能になり、エンジン１の始動完了後の発進加速時には、十分な過給圧を確保して発進加速性のより一層の向上が図られ得る。

一方、発進要求を伴わないエンジン１の始動条件が成立したときには、前記とは異なり、ターボ過給機による過給の早期開始という要求がないことから、前述したような小型タービン６２ｂの回転数を速やかに高める必要がない。一方で、この場合は、エンジン１の始動が完了した後に運転者の発進要求が行われることに備えて、小型タービン６２ｂ及び大型タービン６１ｂの双方を、所定の回転数まで回転させた状態にしておくことが好ましい。従って、発進要求を伴わないエンジン１の始動条件が成立したときには、レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａを共に閉じることによって、エンジン１の始動完了後には、小型タービン６２ｂ及び大型タービン６１ｂの双方を所定の回転数まで回転させた状態にし得る。また、この場合はポスト噴射は不要であり、そうした不要なポスト噴射を実行しないことで、燃費性能の点で有利になる。

尚、前記のレギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａの制御については、この実施形態のようにディーゼルエンジンへの適用に限定されず、ターボ過給機付きガソリンエンジンのアイドルストップ制御にも適用可能である。

１エンジン
１０ＰＣＭ（始動制御手段）
１４ａ燃焼室
１８インジェクタ（燃料噴射弁）
４０排気通路
６１大型ターボ過給機（第２のターボ過給機）
６１ｂ大型タービン（第２タービン）
６２小型ターボ過給機（第１のターボ過給機）
６２ｂ小型タービン（第１タービン）
６４小型排気バイパス通路（第１バイパス路）
６４ａレギュレートバルブ（第１バルブ）
６５大型排気バイパス通路（第２バイパス路）
６５ａウエストゲートバルブ（第２バルブ）

Claims

車両に搭載されたエンジンと、
前記エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記エンジンの排気通路上の、相対的に上流側に配置された第１タービンを含む第１のターボ過給機と、相対的に下流側に配置された第２タービンを含む第２のターボ過給機と、
前記第１タービンをバイパスする第１バイパス路上に介設された、ノーマルオープンの第１バルブと、
前記第２タービンをバイパスする第２バイパス路上に介設された、ノーマルオープンの第２バルブと、
所定の停止条件が成立したときに前記エンジンを停止すると共に、所定の始動条件が成立したときには、前記燃料噴射弁を通じて前記燃焼室内に供給した燃料を燃焼させる所定の始動制御を実行して前記エンジンを始動させる始動制御手段と、を備え、
前記始動制御手段は、
前記車両の発進要求を伴う始動条件が成立したときには、前記始動制御の実行と共に、前記始動条件の成立後に前記第１バルブを閉じると共に、前記エンジンの始動が完了して所定時間が経過した時点で前記第２バルブを閉じる第１のバルブ制御を実行する一方、
前記車両の発進要求を伴わない始動条件が成立したときには、前記始動制御の実行と共に、前記始動条件の成立後に前記第１及び第２バルブを共に閉じる第２のバルブ制御を実行するターボ過給機付きエンジンの始動制御装置。
請求項１に記載のエンジンの始動制御装置において、
前記第１バルブは、前記エンジンが低回転域のときに閉じる一方、それ以外の領域では開けるように構成されているターボ過給機付きエンジンの始動制御装置。
請求項１又は２に記載のエンジンの始動制御装置において、
前記エンジンはディーゼルエンジンであり、
前記始動制御手段は、前記車両の発進要求を伴う始動条件が成立したときには、圧縮上死点付近で燃料を噴射する主噴射に続いて、膨張行程時に燃料を噴射する後噴射を行うポスト噴射制御をさらに実行するターボ過給機付きエンジンの始動制御装置。